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离子色谱基本原理大盘点

文章出处:www.xdjyq.com责任编辑:消防检测设备人气:发表时间:2020-05-27 22:17
离子色谱仪原理
 
 

 

离子色谱仪是高效液相色谱的一种,故又称高效离子色谱(HPIC)或现代离子色谱,其有别于传统离子交换色谱柱色谱的主要是树脂具有很高的交联度和较低的交换容量,进样体积很小,用柱塞泵输送淋洗液通常对淋出液进行在线自动连续电导检测

 

02
离子色谱类型
 
 

 

离子色谱可以分为三种类型:离子交换色谱、离子排斥色谱、离子对色谱。

 

离子交换色谱

高效离子交换色谱,应用离子交换的原理,采用低交换容量的离子交换树脂来分离离子,这在离子色谱中应用最广泛,其主要填料类型为有机离子交换树脂,以苯乙烯二乙烯苯共聚体为骨架,在苯环上引入磺酸基,形成强酸型阳离子交换树脂,引入叔胺基而成季胺型强碱性阴离子交换树脂,此交换树脂具有大孔或薄壳型或多孔表面层型的物理结构,以便于快速达到交换平衡,离子交换树脂耐酸碱可在任何pH范围内使用,易再生处理、使用寿命长,缺点是机械强度差、易溶易胀、受有机物污染。

硅质键合离子交换剂以硅胶为载体,将有离子交换基的有机硅烷与基表面的硅醇基反应,形成化学键合型离子交换剂,其特点是柱效高、交换平衡快、机械强度高,缺点是不耐酸碱、只宜在pH2-8范围内使用。

 

离子排斥色谱

它主要根据Donnon膜排斥效应,电离组分受排斥不被保留,而弱酸则有一定保留的原理,制成离子排斥色谱主要用于分离有机酸以及无机含氧酸根,如硼酸根碳酸根和硫酸根有机酸等。它主要采用高交换容量的磺化H型阳离子交换树脂为填料以稀盐酸为淋洗液。

 

离子对色谱

离子对色谱的固定相为疏水型的中性填料,可用苯乙烯二乙烯苯树脂或十八烷基硅胶(ODS),也有用C8硅胶或CN,固定相流动相由含有所谓对离子试剂和含适量有机溶剂的水溶液组成,对离子是指其电荷与待测离子相反,并能与之生成疏水性离子,对化合物的表面活性剂离子,用于阴离子分离的对离子是烷基胺类如氢氧化四丁基铵氢氧化十六烷基三甲烷等,用于阳离子分离的对离子是烷基磺酸类,如己烷磺酸钠,庚烷磺酸钠等对离子的非极性端亲脂极性端亲水,其CH2键越长则离子对化合物在固定相的保留越强,在极性流动相中,往往加入一些有机溶剂,以加快淋洗速度,此法主要用于疏水性阴离子以及金属络合物的分离,至于其分离机理则有3种不同的假说,反相离子对分配离子交换以及离子相互作用。

 

03
离子色谱基本构成
 
 

 

 

离子色谱仪主要包括由淋洗液系统、检测系统、色谱泵系统、进样系统、流路系统、分离系统、化学抑制系统、和数据处理系统等组成。

 

1、淋洗液系统:

离子色谱仪常用的分析模式为离子交换电导检测模式,主要用于阴离子和阳离子的分析。

常用阴离子分析淋洗液有OH根体系和碳酸盐体系等,常用阳离子分析淋洗液有甲烷磺酸体系和草酸体系等。

淋洗液的一致性是保证分析重现性的基本条件。为保证同一次分析过程中淋洗液的一致性,在淋洗液系统中加装淋洗液保护装置,可以将进入淋洗液瓶的空气中的有害部分吸附和过滤,如CO2和H2O等。

 

2、检测系统:

离子色谱最基本和常用的检测器是电导检测器,其次是安培检测器。

(1)电导检测器:

电导检测器是基于极限摩尔电导率应用的检测器,主要用于检测无机阴阳离子、有机酸和有机胺等。

双极脉冲检测器:

在流路上设置两个电极,通过施加脉冲电压,在合适的时间读取电流,进行放大和显示。

容易受到电极极化和双电层的影响。

四极电导检测器:

在流路上设置四个电极,在电路设计中维持两测量电极间电压恒定,不受负载电阻、电极间电阻和双电层电容变化的影响,具有电子抑制功能(阳离子检测支持直接电导检测模式)。

五极电导检测器:

在四极电导检测模式中加一个接地屏蔽电极,极大提高了测量稳定性,在高背景电导下仍能获得极低的噪声,具有电子抑制功能(阳离子检测支持直接电导检测模式)。

 

(2)安培检测器:

安培检测器是基于测量电解电流大小为基础的检测器,主要用于检测具有氧化还原特性的物质。

直流安培检测模式:

主要用于抗坏血酸、溴、碘、氰、酚、硫化物、亚硫酸盐、儿茶酚胺、芳香族硝基化合物、芳香胺、尿酸和对二苯酚等物质的检测。

脉冲安培检测模式:

主要用于醇类、醛类、糖类、胺类(一二三元胺,包括氨基酸)、有机硫、硫醇、硫醚和硫脲等物质的检测。

不可检测硫的氧化物。

积分脉冲安培检测模式:

为脉冲安培检测的升级检测模式,适用于检测脉冲安培检测的物质。  

 

3、离子色谱仪色谱泵系统:

(1)材质:

离子色谱的淋洗液为酸、碱溶液,与金属接触会对其产生化学腐蚀。如果选择不锈钢泵头,腐蚀会导致色谱泵漏液、流量稳定性差和色谱柱寿命缩短等。离子色谱泵头应选择全PEEK材质(色谱柱正常使用压力一般小于20MPa)。

(2)类型:

  • 单柱塞泵

  • 双柱塞泵:

1)串联双柱塞泵

2)并联双柱塞泵

3)压力脉动消除方式:

电子脉动抑制

脉冲阻尼器  

 

4、离子色谱仪流路系统:

采用色谱专用管路、接头及其它连接部件,保证全塑无污染溶出,保证材料的可靠性和使用寿命。

材料有PEEK管(高压区)、PTFE管、硅胶管(气路或废液用)、各种接头和连接配件。  

 

5、分离系统:

分离系统是离子色谱的重要部件,也是主要耗材。

(1)预柱:

又称在线过滤器,PEEK材质,主要作用是保证去除颗粒杂质。

(2)保护柱:

保护柱与分析柱填料相同,消除样品中可能损坏分析住填料的杂质。如果不一致,会导致死体积增大、峰扩散和分离度差等。

(3)分析柱:

有效分离样品组分。  

 

6、化学抑制系统:

抑制系统是离子色谱的核心部件之一,主要作用是降低背景电导和提高检测灵敏度。抑制器的好坏关系到离子色谱的基线稳定性、重现性和灵敏度等关键指标。

(1)柱-胶抑制:

采用固定短柱或现场填充抑制胶进行抑制,不同的抑制柱交替使用,属于间歇式抑制。

(2)离子交换膜抑制:

采用离子交换膜,利用离子浓度渗透的原理进行抑制。

需要配制硫酸再生液,系统需要配置氮气或动力装置。

(3)电解自再生膜抑制:

利用电解水产生媒介离子和离子配合离子交换膜进行抑制(zui佳选择)。  

 

7、离子色谱仪进样系统:

进样系统是将常压状态的样品切换到高压状态下的部件。保证每次工作状态的重现性是提高分析重现性的重要途径。

进样阀:

材质:

与色谱泵类似,选择全PEEK材质的进样阀才能保证仪器的寿命和分析结果的准确性。

类型:

  1)手动进样阀:进样一致性靠人,系统集成性差。

  2)电动进样阀:进样一致性较好,系统集成性高。

  3)自动进样器:进样一致性最好,系统集成性最好。  

 

8、数据处理系统:

完成数据处理,联通仪器。

 

04
离子色谱仪的工作流程
 
 

 

高压输液泵将流动相以稳定的流速(或压力)输送至分析体系,在色谱柱之前通过进样器将样品导入,流动相将样品带入色谱柱,在色谱柱中各组分被分离,并依次随流动相流至检测器。抑制型离子色谱则在电导检测器之前增加一个抑制系统,即用另一个高压输液泵将再生液输送到抑制器。在抑制器中,流动相背景电导被降低,然后将流动出物导入电导池,检测到的信号送至数据处理系统记录、处理或保存。非抑制型离子色谱仪不用抑制器和输送再生液的高压泵,因此仪器结构相对比较简单,价格也相对比较便宜。

 

05
离子色谱仪的基本操作步骤
 
 

 

1、开机前的准备:打开实验室空调,根据样品的检测条件和色谱柱的条件配置所需淋洗液和再生液。

2、开机:依次打开打印机、计算机进入操作系统;打开氮气钢瓶总阀,调节钢瓶减压阀分压表指针为0.2MPa左右,再调节色谱主机上的减压表指针为5psi左右,确认离子色谱仪与及计算机数据线连接正常,打开离子色谱主机电源;点击开始、程序、Chromeleon、severmonitor、双击桌面上工作站程序、双击安装目录下离子色谱操作控制面板;操作控制面板打开后选中connected使软件与离子色谱仪联动起来,打开泵头废液阀排除泵和管路里的气泡,关闭泵头废液阀,开泵启动仪器,查看基线,待基线稳定后方可进样分析

3、样品分析:建立程序文件;建立方法文件;建立样品表文件;加样品到自动进样器或手动进样;启动样品表;若是手动进样,按系统提示逐个进样分析。

4、数据处理:建立标准曲线;打印标准曲线;打印待测样品分析报告

5、关机:关闭泵,关闭操作软件;关闭离子色谱主机电源;关闭氮气钢瓶总阀并将减压表卸压;关闭计算机、显示器和打印机电源。


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